ZESZYTY NAUKOWE POLITECHNIKI ŚLĄSKIEJ Seria: ENERGETYKA z. 127
1996 N r kol. 1350
W łodzimierz OGULEWICZ, J a n OKOŁO-KUŁAK I n sty tu t M aszyn i U rządzeń Energetycznych P olitechnika Śląska, Gliwice
REGULATOR STRUM IENIA MASY CZYNNIKA PRZEPŁYWAJĄCEGO PRZEZ RUROCIĄG
S tr e s z c z e n ie . W artyku le przedstaw iono regulator stałego przepły
wu w ykonany d la chłodnictwa. Omówiono inne zastosow ania tego reg u lato ra oraz opisano bad an ia prototypu.
M ASS FLOW REGULATOR IN THE P IPE L IN E S
S u m m ary. The p ap er p resen ts th e co nstant flow reg ulato r m ade for th e cooling industry. O th er areas of its application as well as the investigations of th e prototype have been described.
M ASSENSTROM REGLER FÜ R DIE M EDIEN IN D E N RO H RLEITUNGEN
Z u sa m m en fa ssu n g . Die E in rich tu n g zur Regelung der k o n stan ten M assenström ung in R ohrleitungen der K ühlanlagen ist d arg estellt worden.
A ndere A nw endungsm öglichkeiten als auch die U n tersuchungen des Prototypes w urden beschrieben.
1. P r z e z n a c z e n ie
R egulatory przepływ u są urządzeniam i sterującym i przepływem płynu w rurociągu. Najczęściej regulow any je s t nim i przepływ stru m ien ia masy. Regu
latory przepływ u m ożna podzielić n a stałowartościow e, regulujące przepływ wg określonego program u oraz pracujące jako podrzędne w regulacji kaskado
wej. Innym podziałem tych u rządzeń je s t podział n a regulatory w ykorzystują
ce do swego działania energię płynu przepływającego w rurociągu oraz n a (pneum atyczne lub elektryczne) regulatory zasilane energią dostarczaną
Rys. 1. Widok regu lato ra stałego przepływ u Fig. 1. The view of th e constant flow controler
Regulator strumienia masy czynnika. 405
z zew nątrz. W praktyce najczęściej znajdują zastosowanie regulatory stało- w artościowe (z n a sta w ia ln ą lub nie w artością zadaną), w ykorzystujące do n ap ęd u energię płynu przepływającego przez rurociąg. Uogólniając m ożna powiedzieć, że wszędzie tam , gdzie przyczyny zew nętrzne lub w ew nętrzne u siłu ją zakłócił działanie urząd zen ia przepływowego, zastosow anie reg u lato ra stałego przepływ u rad y kaln ie popraw ia sytuację. Okazuje się, że dokład
ność reg u lato ra wcale nie m usi był zbyt duża, w praktyce najczęściej w y star
cza 20%. W łaśnie ta k duży uchyb przesądza o tym, że w większości przypadków można zrezygnować z serwomechanizmu i zasilać regulator energią czynnika regulowanego.
2. Z a sto so w a n ia
R egulatory stałego przepływ u są stosowane:
a) w chłodnictwie do zasilania parowników w am oniakalnych obiegach pom
powych,
b) w wodnych sieciach ciepłowniczych w celu zapew nienia określonego p rze
pływ u w rurociągach (co znakomicie upraszcza eksploatację sieci i reg u la
cję ciepła dostarczanego do odbiorców),
c) w urządzeniach opalanych gazem, gdzie regulatory zapew niają stabilną pracę palników, mimo w ah ań ciśnienia gazu w sieci,
d) w napędach hydraulicznych, w których reg ulator stałego przepływu za
pew nia sta łą prędkość elem entu wykonawczego siłownika, gw arantując w te n sposób popraw ną pracę całego urządzenia.
3. Z asad a d z ia ła n ia
R egulator stałego przepływu (przedstaw iony n a rys. 1) zaprojektow any i zbudowany dla am oniakalnych pompowych instalacji chłodniczych (schem at instalacji przedstaw iono n a rys. 2) działa w następujący sposób: obsługa nastaw ia żądany przepływ wyskalowanym (w litrach n a godzinę) pokrętłem . Zmiana położenia tego po krętła zm ienia przew ężenie otworu, przez który strum ień am oniaku napływ a do regulatora. Spadek ciśnienia pow stający n a tym przew ężeniu steru je położeniem grzyba zaw oru regulacyjnego p rze sta wiając go ta k , że rzeczywisty przepływ nie różni się od nastaw ionego o więcej niż 20% (schem at ideowy reg u lato ra przed staw ia rys. 3). W arunkiem popra
wnej pracy reg u lato ra je s t to, aby nadciśnienie płynu przed regulatorem w odniesieniu do ciśnienia za regulatorem zawierało się w określonych g ran i
cach (w przypadku reg u lato ra stru m ien ia am oniaku różnica ciśnień pow inna należeć do przedziału 0,05 + 0,35 MPa). R egulator stru m ien ia am oniaku jest
Rys. 2. Przykładow y schem at am oniakalnej pompowej instalacji chłodniczej Fig. 2. The exam plary scheme of th e am m onia pum p refrigeration p la n t
Rys. 3. S chem at ideowy regu lato ra stałego przepływ u Fig. 3. The idea scheme of th e constant flow controler
Regulator strumienia masy czynnika. 407
więc typowym regulatorem w ykorzystującym do nap ędu organu wykonawcze
go energię czynnika regulowanego. Nie w ym aga więc dostarczania energii z zew nątrz. Dzięki specjalnem u kształtow i elem entów regulacyjnych, wyko
nawczych i kanałów ich łączących uzyskano ta k z w artą budowę regulato ra, że je s t on tylko niew iele większy od zwykłego ręcznego zaw oru chłodniczego.
4. B u d o w a
R egulator został zbudowany z m ate ria łu odpornego n a działanie am oniaku, tzn. w szystkie jego elem enty są w ykonane ze stali nierdzew nej i teflonu.
Ponadto reg u la to r został zaprojektow any tak , aby jego serw is był możliwy bez w ym ontow yw ania go z instalacji. W regulatorze bowiem co kilk a la t trzeb a wym ieniać grzyb zaworu regulacyjnego, który w przypadku dużych w ahań ciśnienia ulega zużyciu. Także wybudow anie reg u lato ra z instalacji i zastąp ie
nie go innym egzem plarzem tego samego ty p u nie n a strę cz a trudności dzięki specjalnym kołnierzom mocującym skręcanym tylko dwoma śrubam i.
5. W ażniejsze d a n e te c h n ic z n e
Średnica rurociągu 3/4 cala.
C zynnik przepływ ający N H 3.
T e m p era tu ra pracy 26°C.
Zakres nastaw iany ch przepływów 1,1 13,6 l/min.
N adciśnienie gw arantujące popraw ną pracę 0,05 -i- 0,35 MP.
6. Z a lety
R egulatory zapew niają stab iln ą i popraw ną pracę parow ników pomimo działania różnych zakłóceń w instalacji. Można powiedzieć, że zastosowanie regulatorów daje następujące korzyści ekonomiczne:
a) elim inuje niepotrzebnie wysokie współczynniki recyrkulacji, co zm niejsza moc pobieraną przez pompę,
b) zm niejsza zaangażow anie personelu, który nie m usi ciągle korygować n a staw ien ia ręcznych zaworów regulacyjnych,
c) ogranicza możliwości pow staw ania s tr a t z powodu nieprzew idzianego sp ad k u lub w zrostu tem p e ra tu ry w komorze chłodniczej spowodowanego niew łaściw ym rozpływem am oniaku do poszczególnych parowników.
7. W ym agania
W celu poprawnej pracy regu lato ra m uszą byl spełnione następujące w a
runki:
a) b rak zanieczyszczeń stałych w am oniaku,
b) przepływ ciekłego (nie wrzącego) am oniaku przez część pom iarową regu
latora,
c) odpowiednia różnica ciśnień przed i za regulatorem .
Spełnienie tych w szystkich wym agań w popraw nie działającej instalacji je s t łatwe.
8. B a d a n ia
Prototyp reg u lato ra przebadano n a dwóch stanow iskach: wodnym i amo
niakalnym . Stanowisko wodne umożliwiało:
a) zadaw anie spadku ciśnienia n a regulatorze od 0,02 do 0,50 MPa,
b) pom iar rotam etrem strum ienia m asy wody przepływającej przez regulator, c) bezpieczny i łatw y dem ontaż zaworu w celu w ym iany sprężyn o różnych
stałych i grzybów regulacyjnych o różnych k ształtach okien.
Stanow isko am oniakalne pozwalało na:
a) pom iar spadku ciśnienia n a regulatorze,
b) pom iar stru m ien ia am oniaku tu rb in k ą pomiarową, c) n astaw ian ie różnych przepływów am oniaku.
R easum ując można powiedzieć że stanow isko wodne umożliwiało praw idło
wy dobór stałej sprężyny zaworu regulacyjnego oraz k sz ta łtu okna grzyba tego zaw oru a stanow isko am oniakalne zbadanie prawidłowości zachowania zaw oru przy przepływie am oniaku w w aru nk ach zbliżonych do typowych.
9. M odel m a tem a ty c zn y za w o ru
W celu opracow ania program u obliczeniowego umożliwiającego dobór cech konstrukcyjnego reg ulato ra stałego przepływu skonstruow ano jego model m atem atyczny. Schem at blokowy m odelu regu lato ra przedstaw ia rys. 4. Na bazie tego m odelu opracowano algorytm obliczeń służący do projektow ania przyszłych konstrukcji tego typu regulatorów. Algorytm obliczeń w postaci
Regulator strumienia masy czynnika. 409
Rys. 4. S chem at blokowy modelu regu lato ra stałego przepływ u Fig. 4. The blok diagram of th e constant flow controler model
ark u sza kalkulacyjnego upraszcza projektow anie i konstruow anie reg u lato rów elim inując kosztow ne i pracochłonne b ad an ia modeli fizycznych.
L i t e r a t u r a
1. B a rtn ik R., Koper St., Ogulewicz W., Około—K ułak J.: Opracowanie konstrukcji i przeprow adzenie b ad ań prototypu zaworu stałego przepły
w u czynnika chłodniczego (NH3) przeznaczonego do urządzeń chłodni
czych z obiegiem pompowym - praca NB-252, Gliwice 1986-1990, t. 1-5.
2. Ogulewicz W., Około-Kułak J.: B adania, identyfikacja i autom atyczna regulacja procesów cieplno—przepływowych w u rządzeniach stosowa
nych w chłodnictwie - praca BK-372, Gliwice 1991-1992, t. 1, 2.
3. A utom atic flow reg u lato r for am m onia liquid recirculation system s - B ulletin 41—10, m ay 1971 - R efrigerating Specialties C om pany-Illinois.
4. M agdziak G., W ilczyński A.: Opracowanie konstrukcyjnotechnologiczne oraz b a d a n ia laboratoryjne nowego typu zaw oru ARP-15 - p raca dyplo
mowa - P olitechnika K rakowska.
5. Ogulewicz W.: M atem atyczny model reg u lato ra stałego przepływu — p raca doktorska - Politechnika Śląska.
6. Około-Kułak J., Ogulewicz W.: Zastosowanie, konstrukcja i b ad ania reg u la to ra stałego przepływu. Zeszyty Naukow e Politechniki Śląskiej, seria E n erg ety k a z. 126, Gliwice 1995.
7. Ogulewicz W.: Model m atem atyczny reg u latora stałego przepływu. Ze
szyty Naukow e Politechniki Śląskiej, seria E nergetyka z. 126, Gliwice 1995.
Recenzent: Dr hab. inż. m arek Pronobis Prof. Politechniki Śląskiej
Wpłynęło do Redakcji: 10. 10. 1996 r.
A b stra ct
The pap er presen ts th e constant flow regu lato r m ade for th e cooling in
dustry. R egulators of th is kind can be used in:
a) cooling in d u stry for feeding of am m onia cycle, b) in h e a tin g pipelines,
c) in th e pipelines of th e gas b u rn ers for th e flow stabilization,
d) in th e hydraulic drives for securing th e constant moving ra te of th e opera
tin g elem ents.
P resen ted reg u lator has been m ade from am m onia re s is ta n t m aterials. Its service can be done w ithout rem oving from th e pipeline. M ain technical d ata of th e device:
- tu be diam eter 3/4"
- m edium - N H 3 - tem p e ra tu re 26°C
- overpressure necessary for th e correct operation 0,05 - 0,35 MP.
The prototype of the regulator h as been investigated on two te s t stands:
w ith am m onia and w ater as th e flowing m edium. M athem atical model of the device has been w orked out.
